Как найти силу тяги формула: Формула силы тяги в физике

Сила тяги

Сила тяги: определение

Определение 1

Силой тяги называют силу, прикладываемую к телу для поддержании его в постоянном движении.

Прекращение действия силы тяги приводит к остановке вследствие трения, вязкости окружающей среды и других противодействующих движению сил.

Тело, на которое не действуют силы, движется с постоянной скоростью $v = const$ (первый закон Ньютона). Частным случаем такого движения является состояние покоя ($v = 0$). Движение с постоянной скоростью называют состоянием инерции. Чтобы вывести тело из такого состояния, нужно приложить к нему силу. Скорость тела в этом случае изменится, т.е. оно получит ускорение (либо замедление, которое можно считать отрицательным ускорением).

Помощь со студенческой работой на тему

Сила тяги

Величина ускорения обратнопропорциональна массе тела (чем оно массивнее, тем труднее его вывести из состояния инерции) и прямопропорциональна интенсивности приложенной силы. Таким образом:

$F = m \cdot a$,

где:

• $F$ — сила,
• $m$ — масса,
• $a$ — ускорение.

Замечание 1

Эта формула отражает Второй закон Ньютона.

Формулы для расчета

В качестве примера силы тяги, выводящей тело из состояния покоя, можно рассмотреть спортсмена, поднимающего штангу. В исходном состоянии штанга находится в состоянии инерции (остается неподвижной). Когда спортсмен отрывает ее от земли, его мышцы должны сокращаться с такой силой, чтобы она превысила вес штанги, т.е. силу, с которой ее притягивает гравитационное поле Земли. Если штангисту удастся оторвать штангу от пола — значит она переместится вверх на некоторое расстояние, т.е. получит ускорение. Т.е. силой тяги, двигающей данный снаряд, является сила сокращающихся мышц спортсмена. При этом должно соблюдаться условие:

$F_м$ > $F_т$, т.е. $F_м$ >$ m \cdot g$,

где $F_м$ — сила мышц (в данном случае сила тяги), $F_т$ — сила тяжести (гравитация), $m$ — масса, $g$ — ускорение свободного падения.

Состояние движения по инерции следует отличать от равномерного движения, когда сила тяги уравновешивается противодействующими силами. Например, при движении автомобиля работающий двигатель через систему трансмиссии передает на колеса силу, преодолевающую силы трения внутри механизмов автомобиля, трения колес о поверхность дороги, сопротивления воздуха и т.д. Силу тяги можно в этом случае вычислить зная время разгона $t$ до нужной скорости $v$ и массу автомобиля $m$:

$F = m \cdot \frac{v}{t}$

Здесь ускорение выражено как частное от деления скорости на время разгона.

Силу тяги можно также выразить через мощность — способность некоторого источника энергии совершать работу. Чем мощность выше — тем за меньшее время этот источник разовьет силу, способную разогнать тело массой $m$ до требуемой скорости $v$. Работа же прямопропорциональна силе, которая ее совершила:

$A = F \cdot s$,

где $s$ — расстояние, на которое сила переместила данное тело.

Поскольку расстояние можно выразить через скорость и время,

$s = v \cdot t$,

а мощность есть работа, выполняемая в единицу времени

$N = \frac{A}{t}$

можно составить уравнения:

$\frac{A}{t} = \frac{F \cdot v \cdot t}{t} \implies N = F \cdot v \implies F = \frac{N}{v}$

Пример 1

Вычислить силу тяги автомобиля, движущегося с ускорением $3 м/с^2$, если его масса составляет 1,5 тонны, а сила трения — 10% от силы тяжести.

Рассмотрим силу тяги как сумму двух сил:

1. разгоняющей автомобиль с заданным ускорением: $F_1 = m \cdot a$, где $m$ — масса, $a$ — ускорение;
2. преодолевающей силу трения: $F_2 = \mu \cdot m \cdot g$, где $\mu$ — коэффициент силы трения, $g$ — ускорение свободного падения.

Подставив числовые значения в формулу

$F = F_1 + F_2 = m \cdot a + \mu \cdot m \cdot g$

получим, попутно переведя тонны в единицы СИ килограммы,

$F = 1500 \cdot 3 + 0,1 \cdot 9,8 \cdot 1500 = 1500 \cdot (3 + 0,98) = 5970$

Ответ: 5970 ньютонов.

Формула силы тяги в физике

Содержание:

В том случае, если тело при перемещении имеет ускорение, то на него кроме всех прочих обязательно действует некоторая сила, которая является силой тяги в рассматриваемый момент времени. В действительности, если тело движется прямолинейно и с постоянной скоростью, то сила тяги также действует, так как тело должно преодолевать силы сопротивления. Обычно силу тяги находят, рассматривая силы, действующие на тело, находя равнодействующую и применяя второй закон Ньютона. Жестко определенной формулы для силы тяги не существует.

Не следует считать, что сила тяги, например, транспортного средства действует со стороны двигателя, так как внутренние силы не могут менять скорость системы как единого целого, что входило бы в противоречие с законом сохранения импульса. Однако следует отметить, что для получения у силы трения покоя необходимого направления, мотор вращает колеса, колеса «цепляются за дорогу» и порождается сила тяги. Теоретически было бы возможно не использовать понятие «сила тяги», а говорить о силе трения покоя или силе реакции воздуха. Но удобнее внешние силы, которые действуют на транспорт делить на две части, при этом одни силы называть силами тяги $(/bar{F}_T)$, а другие — силами сопротивления $\bar{F}_S$ . Это делается для того, чтобы уравнения движения не потеряли свой универсальный вид и полезная механическая мощность (P) имела простое выражение:

$$P=\bar{F}_{T} \bar{v}(1)$$

Определение и формула силы тяги

Определение

Исходя из формулы (1) силу тяги можно определить через полезную мощность, и скорость транспортного средства (v):

$$F_{T}=\frac{P}{v}(2)$$

Для автомобиля, поднимающегося в горку, которая имеет уклон , масса автомобиля m сила тяги (F_T) войдет в уравнение:

$$F_{T}-F_{s}-m g \sin \alpha=m a(3)$$

где a – ускорение, с которым движется автомобиль.

Единицы измерения силы тяги

Основной единицей измерения силы в системе СИ является: [F_T]=Н

В СГС: [F_T]=дин

Примеры решения задач

Пример

Задание. На автомобиль имеющий массу 1 т при его движении по горизонтальной поверхности, действует сила трения, которая равна $\mu$=0,1 от силы тяжести. Какой будет сила тяги, если автомобиль движется с ускорением 2 м/с?

Решение. Сделаем рисунок.

В качестве основы для решения задачи используем второй закон Ньютона:

$$\bar{N}+m \bar{g}+\bar{F}_{t r}+\bar{F}_{T}=m \bar{a}(1.1)$$

Спроектируем уравнение (1.1) на оси X и Y:

$$ \begin{array}{c} X: F_{T}-F_{t r}=m a(1.2) \\ Y: m g=N(1.3) \end{array} $$

По условию задачи:

$$ F_{t r}=\mu \cdot m g (1.4) $$

Подставим правую часть выражения (1.4) вместо силы трения в (1.2), получим:

$$F_{T}=m a+\mu \cdot m g$$

Переведем массу в систему СИ m=1т=10³ кг, проведем вычисления:

$$F_{T}=10^{3}(2+0,1 \cdot 9,8)=2,98 \cdot 10^{3}(H)$$

Ответ. F_T=2,98 кН

Слишком сложно?

Формула силы тяги не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!

Пример

Задание. На гладкой горизонтальной поверхности лежит доска массой M. На доске находится тело массы m. Коэффициент трения тела о доску равен $\mu$ . К доске приложена сила горизонтальная сила тяги, которая зависит от времени как: F=At (где A=const). В какой момент времени доска начнет выскальзывать из-под тела?

Решение. Сделаем рисунок.

Для решения задачи нам потребуются проекции сил на осиX и Y, которые отличны от нуля. Для тела массы m:

$$ \begin{array}{c} X: m a_{1}=F_{t r}(2.1) \\ Y: m g=N(2.2) \\ F_{t r}=\mu N=\mu m g \rightarrow m a_{1}=\mu m g \rightarrow a_{1}=\mu g(2.3) \end{array} $$

Для тела массы M:

$$M a_{2}=F-F_{t r} \rightarrow M a_{2}=A t-F_{t r} \rightarrow a_{2}=\frac{A t-F_{t r}}{M}(2.2)$$

Обозначим момент времени, в который доска начнет выскальзывать из-под тела t₀, тогда

$$\mu g=\frac{A t_{0}-\mu m g}{M} \rightarrow t_{0}=\frac{m+M}{A} \mu g$$

Ответ. $t_{0}=\frac{m+M}{A} \mu g$

Читать дальше: Формула силы упругости.

формула, в чем измеряется, как определить работу

Что такое сила тяги

Сила тяги — сила, прикладываемая к телу для поддержания его в постоянном движении.

Действие силы тяги

Множество сил, действующих на движущийся объект, для упрощения вычислений делят на две группы: силу тяги и силы сопротивления.

Её прекращение

Когда действие силы тяги прекращается, движущееся тело замедляется и постепенно останавливается, так как на него воздействуют силы, мешающие продолжать двигаться, например, трение.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

1 закон Ньютона о действии

Согласно этому закону в формулировке самого Ньютона, любое тело остается в покое или равномерно движется по прямой, пока на него не воздействуют силы, заставляющие его изменить это состояние.

В современной физике в формулировку внесены уточнения:

• закон применим только в системах отсчета, называемых инерциальными;
• тело может вращаться на месте, не находясь под воздействием внешних сил, поэтому вместо термина «тело» следует использовать термин «материальная точка».

Чтобы переместить неподвижный предмет, на него должна воздействовать некая сила. Чтобы изменить скорость движения предмета, также необходимо воздействие силы, замедляющей его или ускоряющей. Так как предметы обладают разной массой и соответственно разной инертностью, силы, достаточные для эффективного воздействия, тоже будут различаться.

Состояние ускорения после воздействия силы тяги

Когда движение равномерное, сила тяги и сила трения совершают одинаковую работу, уравновешивая друг друга. Воздействие силы на тело в направлении движения придает ему ускорение. Если направить ту же силу в противоположном направлении, она замедлит движение тела, что можно назвать отрицательным ускорением.

Формулы для определения силы тяги

Согласно второму закону Ньютона, сумма сил, воздействующих на движущееся тело, равна массе \(m\), умноженной на ускорение \(a\). Универсальной формулы, подходящей для любого сочетания сил, не существует. Чаще всего силу тяги находят с помощью общей формулы\( F_т-\;F_{с}=m\;\times\;a\), где \(F_т\) — сила тяги, \(F_{с}\) — силы сопротивления.

При решении конкретной задачи силы, воздействующие на тело, схематически изображают в виде векторов. На схеме:

• сила тяжести mg;
• сила реакции опоры \(N\);
• сила трения\( F_{тр}\);
• сила тяги \(F\). 

 

При нахождении тела на горизонтальной поверхности сила тяжести и сила реакции опоры уравновесят друг друга. Но если транспортное средство движется в гору или под гору, придется учесть влияние уклона. Тогда формула может выглядеть так: \(F_т-\;F_с-\;mg\;\times\;\sin\alpha=m\;\times\;a.\)

Работа A, которую должна совершить сила тяги, сдвигая тело, связана с ней соотношением \(A\;=\;F\;\times\;s\).

\(s\) здесь — расстояние, на которое тело переместилось.

Какое условие должно соблюдаться

Сила тяги всегда должна быть больше противодействующих ей сил.

Формула через мощность

Полезную механическую мощность \(N\) можно вычислить по формуле \(N=F_т\;\times\;v\), где \(v\) — скорость. Для определения силы тяги нужно разделить мощность на скорость: \(F_т\;=\;\frac N v.\)

Измерение и обозначение силы тяги

Силу тяги обозначают \(F_т\) или \(F\). Единица измерения — ньютон (\(Н\)).
Для решения задач недостаточно измерить усилие, приложенное к объекту, и выразить его конкретным числом, так как сила обладает еще и направлением. Чтобы подчеркнуть, что сила — векторная величина, к буквенному обозначению добавляют стрелку.

Как определить силу тяги двигателя. Примеры решения задач

Задача 1

Автомобиль может разгоняться до 216 км/ч.

{}=\frac{20}{25}\;=\;0,8\)

\(F_т=\;12000\times0,8\;+\;2400\;=\;12000\;Н\;=\;12\;кН\)

Задача 3

Транспорт, весящий 4 тонны, едет в гору. Уклон — 1 метр на каждые 25 метров пути. \(\mu\) — 0,1 от силы тяжести, \(а = 0\). Определите силу тяги.

Решение

Начертим схему:

 

\(m\times g\;+\;N\;+\;F_{тр\;}+\;F_т\;=\;m\times a\)

Сделаем проекции на координатные оси:

\(OX: -\;mg\;\times\;\sin\alpha\;-\;F_{тр\;}+\;F_т\;=\;0\)

\(OY: N\;-\;mg\;\times\;\cos\alpha\;=\;0 => N\;=\;mg\;\times\;\cos\alpha\;\)

\(F_{тр}\;=\;\mu N\;=\;\mu mg\;\times\;\cos\alpha\)

Подставим значение \(F_{тр}\) в уравнение \(OX\) и определим \(F_т\):

\(-mg\;\times\;\sin\alpha\;-\;\mu\)

\(mg\;\times\;\cos\alpha\;+\;F_т\;=\;0\)

\(=> F\;=\;mg\;\left(\sin\alpha\;+\;\mu\;\times\;\cos\alpha\right)\)

Найдем синус и косинус \(\alpha\), подставим их в общую формулу:

\(\sin\alpha\;=\;\frac hl\;=\;\frac1{25}\)

\(\cos\alpha\;=\;\frac{\sqrt{l^{2\;}-\;h^2}}l\;\)

\(F\;=\;\frac{4\;\times\;10^{3\;}\;\times\;9,8\;\times\left(1\;+\;0,1\;\sqrt{l^{2\;}-\;h^2}\right)}{25}\;=\;5,5\;\times\;10^3\;Н\;=\;5,5\;кН\)

Сила тяги двигателя — Энциклопедия по машиностроению XXL

Во сколько раз нужно увеличить силу тяги двигателей самолета для увеличения скорости его движения в два раза, если сила сопротивления при движении в воздухе возрастает пропорционально квадрату скорости  [c. 67]

Моторная лодка движется по реке со скоростью 8 м/с. Сила тяги двигателя равна 3500 Н. Определить в кВт мощность силы тяги двигателя. (28)  [c.249]

Реактивная сила (тяга) двигателя при тех же начальных параметрах газа, но без подмешивания внешнего воздуха, равна  [c.553]

Равнодействующая от сил давления, приложенных к ст( нке камеры сгорания и сопла, создает силу, направленную в сторону, противоположную истечению, — силу тяги двигателя.  [c.173]

Все силы, кроме реакций связей, называют заданными силами, хотя при решении задач заданные силы необязательно действительно заданы. Термин заданные силы имеет глубокий смысл, и его происхождение может быть объяснено только в третьей части теоретической механики — динамике. Заданные силы чаще всего являются активными, т. е. силами, которые могут вызвать движения тел, например сила тяжести, сила тяги, сила электрического взаимодействия и т. д. Но понятие заданные силы шире понятия активные силы. Например, лобовое сопротивление воздуха летящему самолету представляет собой заданную силу, потому что воздух не является для самолета связью, но она и не активная сила, так как если не было бы силы тяги двигателя, то не возникло бы и -лобовое сопротивление воздуха, и само по себе это сопротивление не может вызвать движение самолета. Учитывая сказанное выше, силы будем подразделять на реакции связей и на активные силы.  [c.14]

При прямолинейном горизонтальном равномерном движении ускорение равно нулю, и поэтому сила тяги двигателя просто уравновешивается силой лобового сопротивления, возникающего за счет трения в колесах и аэродинамического сопротивления  [c.277]

Для переводимой на тепловозную тягу железнодорожной сети СССР максимальный руководящий уклон может быть принят равным 9%о. Если вес поезда при проектировании тепловоза не задан, но известна мощность тягового двигателя в кет, то можно определить длительную силу тяги двигателя, руководствуясь выбором скорости на руководящем подъёме. Эта скорость может быть принята равной половине средней технической скорости на горизонтальном участке. Тогда длительная сила тяги двигателя  [c.591]

Максимальная сила тяги двигателя  [c.592]

Пользуясь характеристикой генератора (фиг. 83)и процентной характеристикой двигателя, можно найти процентные и абсолютные значения силы тяги двигателя при различных токах генератора. Скорость тепловоза может быть определена из формулы  [c.593]

Разность количества движения секундных масс, вытекающих из двигателя газов G , и входяш,его воздуха G V, согласно формуле Б. С. Стечкина, равна силе тяги двигателя, т. е,  [c.5]

В частности, они позволяют определить силы, действующие на лопатки компрессора и турбины, силу тяги двигателя и т. д.  [c.23]

Такой расчет методом конечных элементов и суммирование в (5. 4) повторяются до тех пор, пока значения давления, задаваемые соотношениями (5.3) и (5.4), не совпадут (с погрешностью, как правило, не более 0,5%). Силу тяги двигателя рассчитывают, комбинируя полученное значение с величиной массового расхода и соответствующими параметрами ТРТ и сопла  [c.104]

Поверхностные нагрузки, действующие на ракету в различных условиях эксплуатации, могут быть программными и случайными. Основной программной нагрузкой на активном участке полета является сила тяги двигателей, отклонение которой от номинального режима весьма незначительно. Аэродинамические нагрузки зависят не только от программных величин (скорости и угла атаки),  [c.277]

Компоненты топлива через форсуночную головку поступают в камеру сгорания, где между ними происходит химическая реакция с выделением теплоты. Продукты сгорания истекают через сопло, создавая реактивную силу тяги двигателя. Характер изменения давления газов pf и их температуры по длине камеры показан на рис. 14.1, б.  [c.357]

Горизонтальную дальность планирования проще всего рассчитать, если пренебречь силой тяги двигателей. При прямолинейном планировании без тяги (рис. 9.13)  [c.242]

Динамометры общего назначения применяются для измерения силы тяги двигателей паровозов, тракторов, буксирных судов, самолетов, а также для определения растягивающих усилий, возникающих в конструкциях и отдельных узлах и деталях при приложении к ним внешних статических сил.  [c.57]

Допустим, что реактивный двигатель ракеты каждую секунду выбрасывает массу р, (мю) продуктов сгорания топлива. Продукты сгорания во время выброса получают дополнительную скорость и относительно ракеты. Скорость ракеты до сгорания очередной порции топлива V. Масса ракеты после сгорания этой порции М. Определим скорость ракеты w после сгорания этой порции топлива и рассчитаем силу тяги двигателя ракеты. При этом будем считать, что сопротивление воздуха и сила тяжести отсутствуют, т. е. наша система тел изолирована.  [c.204]

Для расчета силы тяги двигателя перепишем второе уравнение в следующем виде  [c.205]

Это значит, что модуль реактивной силы тяги двигателя будет равен  [c.205]

Когда автомобиль движется с постоянной скоростью и, сила тяги двигателя становится равной силе трения. Вся работа силы тяги в это время расходуется против силы трения и зависит от скорости движения автомобиля. Действительно, при скорости v автомобиль проходит в единицу времени расстояние, численно равное этой скорости. Поэтому сила тяги двигателя F на этом пути за единицу времени совершает работу Fv. Если скорость v увеличить, то двигатель также должен увеличить ежесекундно совершаемую работу. Если он не сможет этого сделать, то достичь увеличения скорости не удастся. Поэтому второе важное требование к двигателю — способность совершать достаточно большую работу за единицу времени.  [c.255]

Формула N—Fv указывает на возможность преобразования силы тяги двигателя с помощью передаточных механизмов. Примером такого механизма, изменяющего силу тяги, является коробка скоростей автомобиля. Мощный современный быстроходный мотор создает на валу не слишком большие усилия, вращая вал с большой скоростью. Коробка скоростей уменьшает эти скорости и передает на колеса маш-ины большие силы. Таким образом, коробка скоростей  [c.256]

Этим условием определяются максимальные скорости, которых можно достичь с данным двигателем. Например, известно, что наибольшая мощность, которую может развить двигатель автомобиля, равна N. Силы трения всех видов, действующие на автомобиль, известны и равны f р. Какую максимальную скорость можно развить на таком автомобиле Максимальная скорость у ах определится из равенства силы тяги двигателя F силе трения  

[c.257]

Сила, с которой двигатель может толкать самолет, как мы уже видели, в точности должна равняться силе реакции воздуха, которая очевидно тем больше, чем больше масса воздуха, откинутого назад в единицу времени, и чем больше скорость этого воздуха. Если самолет двигался в неподвижном воздухе и за самолетом остается струя воздуха, которая движется в сторону, обратную полету со скоростью то сила реакции, а следовательно, и сила тяги двигателя будет  [c.12]

Сила тяги двигателя, определяемая реакцией, которую может дать воздух, будет все равно точно равна этой реакции, т. е. точно равна   [c.13]

Движение самолета с таким двигателем приближенно можно считать движением тела с постоянной массой, если пренебречь выгоранием топлива. Из последнею выражения видно для получения силы тяги необходимо, чтобы скорость с, скорость вылетающих частиц, была бы больше скорости полета V. Для увеличения силы тяги двигателя необходимо увеличивать и скорость вылетающих газов, и расход воздуха через двигатель. Какие бы сложные процессы ни происходили в двигателе забор воздуха, работа компрессора, сгорание топлива, работа газовой турбины и т. д., для определения сплы тяги необходимо знать только две величины (Хв н скорость с.  [c.107]

Буксирование прицепа на указанных дорогах сопровождается повышением силы тяги двигателя и увеличением тл,д,и на  [c.259]

При движении автомобиля с прицепом по грунтовой дороге в зимний период сила тяги двигателя также увеличивается. Так, параметры и т д возрастают соответственно на 14 и 11,5% при уменьшении V на 4,2 км/ч. Автомобиль с прицепом движется главным образом на третьей и четвертой передачах (рис. 89, б).  

[c.261]

Нагруженность агрегатов трансмиссии определяется передаваемым крутящим моментом. В эксплуатационных условиях крутящий момент изменяется под влиянием сопротивления движению и скорости движения, колебаний подрессоренной массы, разрыва силового потока при переключении передач, изменения силы тяги двигателя при разгоне и торможении и ряда других причин.  [c.269]

Характеристики скорости движения и силы тяги двигателя, построенные указанным упрощенным способом, с достаточной для практики точностью могут быть приняты за основу для построения тяговых характеристик электровоза.

Нормальным рабочим режимом электровозов после выхода на автоматическую характеристику является работа их тяговых электродвигателей при наибольшем ослаблении поля. Тяговые характеристики при этом коэффициенте ослабления поля являются основными для тяговых расчетов.  [c.61]

В жидкостных реактивных двигателях (рис. 1, в) жидкое топливо и окислитель тем или иным способом (например, насосами 16) подаются под давлением из баков 14 тл 15 ъ камеру сгорания 10. Продукты сгорания расширяются в сопле 17 и вытекают в окружающую среду с большой скоростью. Истечение газов из сопла является причиной возникновения реактивной силы (силы тяги) двигателя.  [c.9]

Мы сравниваем с силой тяжести совершенно разнородные СИЛЫ, ничего общего не имеющие с тяжестью, — например, силу тяги двигателя самолета или теплохода, силу давления газов на поршень в цилиндре двигателя, силы напряжения в упругом теле и т. п. Мы настолько привыкли к этому, что делаем это сравнение автоматически, не задумываясь о том, по какому признаку мы сравниваем и измеряем силы смысл этого измерения таков если, например, динамометр показал, что мускульная сила нашей руки равна 30 /сГ, то это значит, что деформация динамометра, вызванная сжатием нашей руки, такая же, как если бы мы нагрузили его силой в 30 кГ. Точно так же самолет, построенный на основании аэродинамического и конструктивного расчета, испытывали в прежнее время в лабораторных условиях следующим образом крыло самолета переворачивали вверх ногами и на каждый отсек нижней части крыла (оказавшейся теперь наверху) накладывали мешки с песком С таким расчетом, чтобы на каждый отсек крыла приходилась нагрузка, равная найденному из аэродинамического расчета давлению воздуха на этот отсек опытным путем изучали деформации крыла под действием этих нагрузок, что и позволяло судить о деформациях и напряжениях в крыле при его полете.  [c.18]

Пример. Грузовик массой т имеет максимальную скорость и разгоняется с места до за время 1 . Сила сопротивления пропорциональна скорости. Чему равна средняя сила тяги двигателя грузовика  [c.233]

Вначале допустим также постоянство тяги реактивного двигателя и постоянство коэффициента трения. В простейшем случае будем считать, как это делают многие исследователи, что на всем участке разбега самолет движется так, что сила тяги двигателя направлена горизонтально. Уравнения движения центра масс самолета в проекциях на оси Ох (горизонталь) и Оу (вертикаль) можно записать в следующем виде (фиг. 36)  [c.184]

Задача 248-46. Трогаясь с места, авт омобиль через 10 с развивает скорость 36 км/ч. Определить силу тяги двигателя F. Масса автомобиля 1500 кг. Все четыре колеса автомобиля — ведущие.  [c.325]

Состояние невесомости наступает в баллистических ракетах ) и космических кораблях после того, как прекратилась работа двигателей и ракета или космический корабль вышли из плотных слоев атмосферы. Вначале под действием силы тяги реактивных двигателей (см. 124), направленной вверх, ракета или корабль движутся с большим ускорением о и набирают вертикальную скорость. В это время на корабль и находящиеся в нем тела, помимо силы земного тяготения и силы тяги двигателей, действует сила сопротивления воздуха, направленная против скорости корабля, т. е. ВНИИ, и несколько уменьшающая ускорение корабля. Но все же это ускорение а по величине значительно превосходит ускорение свободного падения g (например, по данным иностранной печати а может достигать 9—10 ). В этом случае корпус корабля и все тела в кабине корабля будут находится в таком же состоянии, как тела, взвешиваемые в кабнне лифта, движущегося кверху с ускорением а.  [c.190]

На каждый элемент поверхности двигателя снаружи действует атмосферное давление рп, а изнутри — давление газов, образующихся при сгорании топлива рвн (рис. 87, а). Составляющие сил давления на боковые стенки двигателя, очевидно, взаимно уравновещи-ваются. Силы же, действующие на торцовые стенки и элементы сопла, в совокупности составляют реактивную силу, равную произведению секундного расхода топлива р на скорость истечения газов Уо. В выходном сечении сопла ММ (рис. 37, б) действует не-уравновещенная сила давления, равная (рвп—Рн)5, где 5 — площадь выходного сечения сопла. Складывая эти силы, получаем полную силу тяги двигателя  [c.113]

Массу воздуха, ежесекундно втекающего в двигатель через диффузор Л (рис. 88), обозначим через рв, а его скорость, равную по абсолютному значению скорости самолета,— через V. Так как воздух в атмосфере можно считать находящимся в покое, то при поступлении его в двигатель возникает реактивная сила рв , направлен- ная назад, т. е. против движения самолета. При выбросе из двигателя воздуха с продуктами сгорания возникает реактивная еила (рв+ -1-рт)1>о, направленная вперед, т. е. в сторону движения самолета. Результирующая сила — сила тяги двигателя, направленная вперед, очевидно, равна рв(ио—м)- -ртРо- Практически рт Срв, поэтому приближенно можно считать, что сила тяги воздущно-реактнвного двигателя равна рв(Ро—у)- Иначе говоря, в воздущно-реактивном двигателе ежесекундно масса воздуха рв в результате работы двигателя получает относительно Земли импульс рв(Ро—и) — По закону сохранения импульса, такой же импульс, но в противоположном направлении, ежесекундно приобретает самолет.  [c.114]

Аксиома первая в чистом виде не выполняется, так как полностью юолированных материальных точек нет. Но опыт показывает, что с уменьшением действия других точек на данную точку ее состояние все ближе и ближе подходит к состоянию равновесия. Однако равновесие точки или твердого тела возможно не только в том случае, когда отсутствуют действия других тел, но и тогда, когда эти действия взаимно нейтрализуются, как бы погашаются. Например, самолет может лететь по прямой линии равномерно, т. е. находиться в равновесии под действием четырех сил силы тяжести, силы тяги двигателя, лобового сопротивления воздуха и подъемной силы встречного потока воздуха действующего на крылья самолета.  [c.8]

При длительной скорости тепловоза — 25 км1нас длительная сила тяги двигателя  [c.592]

Потери в процессах преобразования тепла, вводимого в ГТД в виде хими» ческой энергии топлива, во внешнюю работу, совершаемую силой тяги двигателя (идущую на продвижение летательного аппарата), оцениваются последовательно тремя коэффициентами полезного действия эффективным (внутренним) к. п. д. Т]е, тяговым (внешним) к. п. д. Цр и общим (полным) к. п. д. T)q.  [c.206]

На ракету действуют поверхностные и объемные нагрузки. К п о-верхностным нагрузкам относятся аэродинамическое давление, давление газов в камере сгорания и сопле двигателя, реакции различных опорных устройств и т. д. Объе м и ы е н а г р у з-к и являются следствием действия поля тяготения и инерции. В каждый момент времени система всех сил, приложенных к ракете, находится в равновесии. Это означает, что вектор равнодействующей объемных сил равен по значению и противоположен по знаку вектору paBjioдействующей всех поверхностных сил. Это следствие принципа Даламбера позволяет просто решать задачи, связанные с особенностями нагружения конструкций ракет. Силу тяги можно рассматривать как поверхностную силу, направленную по оси двигателя. При полете вне атмосферы эта сила является единственной поверхностной силой, приложенной к ракете. Следовательно, в этом случае равнодействующая объемных сил должна быть равна по значению и противоположна по знаку силе тяги. Из этого следует, что ракету в полете можно рассматривать как тело, находящееся в некотором поле тяготения, направление и интенсивность которого определяются силой тяги двигателей. Перегрузка этого поля = F/(mg), где F — сила тяги т — масса ракеты — ускорение свободного падения. То же будет и при полете в атмосфере при отсутствии поперечных сил. Только в этом случае  [c.276]

Все двигатели (за исключением реактивных) рассчитываются на вполне определенную и постоянную мощность A = onst. Но если мощность постоянна, то из формулы N=Fv следует, что при увеличении скорости должно происходить изменение силы тяги, развиваемой двигателем. При A = onst сила тяги F=Nlv должна непрерывно убывать с ростом скорости. При каких-то значениях скоростей сила тяги двигател Я будет равной силе трения.  [c.257]

Буксирование прицепа на дорогах всех типов при близких скоростях движения автомобиля с прицепом и без него сопро-юждается повышением силы тяги двигателя и трансмиссии автомобиля rtifigi увеличивается на 14,2 %, на 6,6 % и  [c. 264]

---

Как решать 2 задание ЕГЭ по физике, примеры решения (Ростов-на-Дону)

Из последних КИМов ЕГЭ по физике следует, что задание 2 относится к разделу «Динамика» и может содержать расчетные задачи по следующим темам: «Законы Ньютона, закон всемирного тяготения, закон Гука, сила трения».

Основные формулы, которые необходимо знать для успешного решения задания 2.

Сила тяжести		m — масса тела g=10 м/с2 – ускорение свободного падения
Сила упругости		Δx – удлинение пружины k – коэффициент жесткости пружины
Сила трения		µ — коэффициент трения N – сила реакции опоры
Сила Архимеда (выталкивающая сила)		V – объём погруженной части тела g=10 м/с2 – ускорение свободного падения
Сила притяжения между телами (закон Всемирного тяготения)		G = 6,67*10-11 Н*м2/кг2 – гравитационная постоянная m1 и m2 - массы взаимодействующих тел r – расстояние между телами
Второй закон Ньютона		m – масса тела R – равнодействующая всех сил, действующих на тело a – ускорение, с которым движется тело под действием этих сил

При решении задач из раздела «Динамика» желательно придерживаться следующего алгоритма решения:

1. Сделать рисунок, на котором указать вектора всех сил, действующих на тело.

2. Если тело двигается с ускорением, указать направление этого ускорения. Если тело покоится или двигается равномерно, его ускорение a=0.

3. Составить уравнение движения (второй закон Ньютона) для рассматриваемого тела в его векторном виде.

3. Выбрать систему координат и спроецировать полученное уравнение на выбранные оси координат.

4. Расшифровать неизвестные величины, вошедшие в уравнение движения.

5. Решить полученную систему уравнений.

Задание 2 – это расчётные задачи базового уровня сложности, и для решения некоторых из них этот алгоритм будет чересчур подробным и перегруженным, так как их можно решить и без вспомогательного рисунка или даже без записи второго закона Ньютона. Это касается, например, заданий, в которых на тело действует только одна сила. Но привычка решать задания по приведенному выше алгоритму поможет ученикам успешно справиться с расчетными задачами по разделу «Динамика» повышенного и высокого уровней сложности – такие задания могут стоять в ЕГЭ под номерами 25 и 29.

Ответом на задание 2 является число, именно его нужно вписать в бланк ответов 1, не указывая единицы измерения.

Примеры решения

1. (ЕГЭ-2019)

Пружина жёсткостью 2*10⁴ Н/м одним концом закреплена в штативе. На какую величину она растянется под действием силы 400 Н?

Ответ: ___________________________ см.

Решение:

Сделаем чертёж

Пружина под действием силы F привели в растянутое состояние. Кроме растягивающей силы F и силы упругости , стремящейся вернуть пружину в нерастянутое состояние, больше никакие силы на нее не действуют.

Запишем проекции сил на вертикальную ось Oy

F=F_упр

По закону Гука, сила упругости F_упр = k *Δx, следовательно,

k — коэффициент жёсткости пружины, Δx – её удлинение.

Выразим величину растяжения пружины

Ответ: 2

2. (ЕГЭ – 2020. Вариант 1 досрочного ЕГЭ)

Тело движется по горизонтальной плоскости. Нормальная составляющая силы воздействия тела на плоскость равна 40 Н, сила трения равна 10 Н. Определите коэффициент трения скольжения.

Ответ: _______ .

Решение:

Силу трения можно найти по формуле

F_тр= µN,

где N – сила реакции опоры, или по-другому нормальная составляющая силы воздействия тела на плоскость.

Ответ: 0,25.

2. (ЕГЭ – 2020. Демонстрационный вариант)

Два одинаковых маленьких шарика массой m каждый, расстояние между центрами которых равно r, притягиваются друг к другу с силами, равными по модулю 0,2 пН. Каков модуль сил гравитационного притяжения двух других шариков, если масса каждого из них равна 2m, а расстояние между их центрами равно 2r?

Ответ: _______ пН.

Решение:

По закону Всемирного тяготения шары массами m₁и m₂, находящиеся друг от друга на расстоянии r, притягиваются друг к другу с силой

.

В первом случае

Во втором случае

Ответ: 0,2

2. (ЕГЭ – 2019. Демонстрационный вариант)

По горизонтальному полу по прямой равномерно тянут ящик, приложив к нему горизонтальную силу 35 Н. Коэффициент трения скольжения между полом и ящиком равен 0,25. Чему равна масса ящика?

Ответ _______ кг.

Решение:

Сделаем чертёж, на котором обозначим все силы, действующие на тело.

По второму закону Ньютона, равнодействующая всех сил, действующих на тело, будет равна нулю, так как по условию задачи тело движется равномерно, то есть ускорение тела a=0.

Запишем это в проекциях на оси Ox и Oy

Ox: F_тр – F = 0,

Oy: N — m g=0.

Откуда N = mg, следовательно,

F_тр = µ N = µ mg.

Масса тела

Ответ: 14

2. (ЕГЭ – 2018)

К пружине подвесили груз массой 150 г, вследствие чего пружина удлинилась на 1 см. Чему будет равно удлинение этой пружины, если к ней подвесить груз 450 г?

Ответ: __________ см.

Решение:

Переведём единицы измерения физических величин в систему СИ

m₁ = 150 г = 0,15 кг, m₂ = 450 г = 0,45 кг, Δx=1 см = 0,01 м.

Сделаем чертёж, на котором обозначим все силы, действующие на тело.

На тело действует сила тяжести (F_т = mg), направленная вертикально вниз, и сила упругости со стороны пружины (F_упр = k Δx), направленная вертикально вверх.

В проекции на вертикальную ось Oy.

F_т =F_упр

mg = kΔx (1)

k — коэффициент жёсткости пружины, Δx – её удлинение.

Найдём, чему равен коэффициент жёсткости пружины

Выразим из выражения (1) удлинение пружины во втором случае

Ответ: 3

РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ТОВАРЫ

Какую среднюю мощность и силу тяги должен развивать электровоз, чтобы состав массой

Условие задачи:

Какую среднюю мощность и силу тяги должен развивать электровоз, чтобы состав массой 1000 т через 2 мин после начала равноускоренного движения по горизонтальному пути приобрел скорость 72 км/ч? Коэффициент силы сопротивления движению 0,005.

Задача №2.7.26 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

Дано:

\(m=1000\) т, \(t=2\) мин, \(\upsilon=72\) км/ч, \(k=0,005\), \(F-?\), \(N_{ср}-?\)

Решение задачи:

Начнем с определения величины силы тяги. Для этого запишем второй закон Ньютона в проекции на горизонтальную ось \(x\):

\[F – {F_{сопр}} = ma\]

Силу сопротивления движению \(F_{сопр}\) найдем по следующей формуле (\(N=mg\) из первого закона Ньютона в проекции на вертикальную ось \(y\)):

\[{F_{сопр}} = kN = kmg\]

\[F – kmg = ma\]

\[F = m\left( {a + kg} \right)\]

Так как движение равноускоренное без начальной скорости, и за время \(t\) скорость состава с электровозом станет равной \(\upsilon\), то легко найти ускорение:

\[\upsilon  = at\]

\[a = \frac{\upsilon }{t}\]

Окончательная формула для расчета силы тяги такая:

\[F = m\left( {\frac{\upsilon }{t} + kg} \right)\]

Средняя мощность равна отношению совершенной работы ко времени (за которое эта работа совершилась):

\[{N_{ср}} = \frac{A}{t}\]

Так как вектор силы тяги \(\overrightarrow F\) сонаправлен с вектором перемещения \(\overrightarrow S\), т. 6}\left( {\frac{{20}}{{120}} + 0,005 \cdot 10} \right) \cdot \frac{{20}}{2} = 2166666,7\;Вт \approx 2,17\;МВт\]

Ответ: 217 кН; 2,17 МВт.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

Формула силы тяги — онлайн справочник для студентов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Сила тяги при рассмотрении транспортных средств называется внешней силой, которая должна быть реализована с использованием машины или механизма для перемещения груза.

Сама по себе концепция «тяговой силы» имеет смысл только по отношению к любому транспортному средству, например, говорить о тяговой силе автомобиля, самолета, лошади, тянуть сани.

Единицей измерения силы является Н (Ньютон).

Очень заманчиво заключить, что источником тяги автомобиля является его двигатель. Однако это неверно. Внутренние силы одной части системы (двигателя), действующие на другую часть системы (колеса), не могут ускорить всю систему (весь автомобиль), так как это противоречит закону сохранения импульса. Источником тяги являются внешние воздействия. В случае с автомобилем это сила трения колес на поверхности дороги, в случае корабля — сила струи воды, выброшенной пропеллером.

Нет единой универсальной формулы для расчета силы тяги. Сила тяги определяется конструкцией транспортного средства и физическими условиями проблемы.

Примеры решения проблем по теме «Тяга»

ПРИМЕР 1

Задача

Автомобиль весом 4 тонны движется по ровной дороге с ускорением . Найдите силу тяги двигателя автомобиля, если коэффициент трения .

Решение

Мы делаем картину:

При движении по машине сила тяжести , сила реакции опоры , сила трения и тяговое усилие действуют. Под действием этих сил автомобиль движется с ускорением .

Согласно второму закону Ньютона:

Введем систему координат, как показано на рисунке, и запишем это векторное равенство в проекциях на оси координат.

Сила трения . Из второго уравнения . Поэтому мы можем написать ( . Замените значение силы трения в первом уравнении и определите силу тяги автомобильного двигателя:

Ускорение силы тяжести

Подставляя в формулу численные значения физических величин, вычисляем:

Ответ

Двигатель двигателя тяги

ПРИМЕР 2

Задача

Автомобиль весом 4 тонны движется в гору с наклоном 1 м на каждые 25 м пути с постоянной скоростью. Найдите силу тяги двигателя автомобиля, если коэффициент трения

Решение

Мы делаем картину:

В этом примере, как и в предыдущем, при движении автомобиля сила тяжести , сила реакции поддержки , сила трения и тяговое усилие действуют на автомобиль. И под влиянием этих сил автомобиль движется в гору с постоянной скоростью, то есть ускорение автомобиля .

Согласно второму закону Ньютона:

Запишем это векторное равенство в проекциях на оси координат:

Из второго уравнения и силы трения .

Подставляя значение силы трения в первое уравнение, мы определяем силу тяги:

Из геометрии проблемы:

Наконец, сила тяги двигателя:

Ответ

Усилие тяги автомобильного двигателя

Калькулятор силы

| Как найти силу?

Калькулятор силы поможет вам рассчитать силу на основе второго закона движения Ньютона. Прочтите , чтобы узнать, что такое сила , и , какие типы сил существуют в классической механике . Мы также объясним , как найти силу в упражнениях, используя формулу силы . В конце мы также проиллюстрируем , что такое чистая сила , на простом примере.

Если вам нужно найти определенную силу, возможно, вам поможет один из этих калькуляторов:

Определение силы и уравнение силы

Что такое сила?

Сила — это любое взаимодействие, которое, если не встретить сопротивления, может изменить движение объекта .

Если спросят: «Что такое сила?» нефизик, вероятно, подумает о том, чтобы толкать и тянуть. Физик подумал бы об изменении скорости объекта. Чтобы понять, почему, давайте посмотрим на уравнение силы:

а = м / ж ,

где:

• a — ускорение объекта, выраженное в метрах в секунду в квадрате [м / с ² ];
• м — масса объекта в килограммах [кг]; и
• F — сила, измеряемая в Ньютонах [Н].

Ускорение — это изменение скорости с течением времени . И, как видно из формулы силы, чем больше сила, тем больше ускорение. Итак, если что-то ускоряется, например, автомобиль, оно может передать значительную силу, если столкнется с другим автомобилем. Эта сила пропорциональна массе автомобиля и его (тормозящему) ускорению.

Чтобы использовать калькулятор силы, введите две из этих переменных: массу, ускорение или силу в любых единицах и получите недостающее число в мгновение ока.

Если вы рассчитываете силу самостоятельно, всегда используйте систему СИ, чтобы избежать ошибок. Что такое единица силы в системе СИ? Это Ньютон [N] — назван в честь Исаака Ньютона — математика, физика и первооткрывателя гравитации. В основных единицах СИ один Ньютон равен:

1 Н = 1 кг * м / с 2

Чтобы узнать больше о единицах силы, перейдите в наш конвертер силы.

Законы движения Ньютона

Ньютон предложил три закона движения, которые объясняют движение всех физических объектов. Они являются основой всей классической механики , которая также известна как механика Ньютона .

1. Первый закон движения Ньютона

Объект останется в покое или продолжит двигаться равномерно, если на него не будет воздействовать внешняя сила.

2. Второй закон движения Ньютона

Сила, прилагаемая объектом, равна массе, умноженной на ускорение этого объекта: F = m * a .

3. Третий закон движения Ньютона

Когда одно тело оказывает силу на второе тело, второе тело оказывает на первое тело силу, равную по величине и противоположную по направлению (для каждого действия всегда существует равная, но противоположная реакция).

Виды сил

Все силы в классической механике подчиняются трем законам движения Ньютона.

• Сила тяжести — это притяжение между любыми двумя объектами ненулевой массы .Вы идете по земле вместо того, чтобы плыть из-за этой силы — силы тяжести. Его проявляет все, что вас окружает, как экран, на котором вы это читаете. Он такой маленький; это незаметно.

• Нормальная сила — это реакция на силу тяжести — прекрасный пример третьего закона Ньютона. Когда вы стоите, вы прикладываете к полу силу (равную силе гравитации). Пол оказывает на вас такую ​​же ценность.

• Трение — это сила, противодействующая движению .Он пропорционален нормальной силе, действующей между объектом и землей. Зимой вы наносите песок на обледеневшие поверхности, чтобы увеличить трение и предотвратить скольжение.

• Натяжение — это осевая сила, которая проходит через тросы, цепи, пружины и другие объекты при внешнем растяжении . Например, если вы выгуливаете собаку, и она тянет вас вперед, это создает напряжение на ее поводке.

• Центробежная сила — это сила, действующая на вращающийся объект .Вы когда-нибудь были на карусели? Вы помните, как вас выталкивали наружу? Это чувство вызывала центробежная сила.

• Давление — это мера силы, приложенной к поверхности . Если вы надуете воздушный шар, частицы воздуха внутри будут давить на баллон. Все частицы ощущают одинаковую силу, поэтому воздушный шар надувается равномерно.

Как обрести силу?

Давайте рассмотрим несколько упражнений, чтобы на уроке физики вас ничто не удивило.

1. Найдите ускоряющую и тормозящую (останавливающую) силу:

Гепард имеет массу 50 кг. Он разгоняется из состояния покоя до 50 км / ч за 3 секунды. Затем он начинает постепенно замедляться и останавливается через 8 секунд.

• Ускоряющая сила:

  Сначала найдите ускорение:

  50 км / ч равно 13,89 м / с (мы рассчитали это с помощью преобразователя скорости).

  Ускорение равно разнице скорости во времени:

  а = (13.89 м / с - 0) / 3 с = 4,63 м / с 2

  Рассчитать ускоряющую силу:

  F a = м * a = 50 кг * 4,63 м / с 2 = 231,5 Н

• Сила торможения:

  a = (0-13,89 м / с) / 8 с = -1,74 м / с 2

  F r = 50 кг * -1,74 м / с 2 = -87 Н

  Сила торможения отрицательна, поскольку она имеет направление, противоположное ускоряющей силе.

2. Какое усилие необходимо для ускорения объекта (м = 2 кг) на 8 м / с ² ? А если объект в три раза тяжелее? Как это влияет на силу?

Если масса в три раза больше, сила должна быть в три раза больше.

Что такое чистая сила?

Сила — вектор . Значит, имеет значение и направление. Вот почему вы не можете складывать его как обычные числа (скаляры).

Чистая сила (F _N ) — это сумма векторов всех отдельных сил, действующих на объект .Например, давайте посмотрим на падающий мяч. На него влияют сила тяжести (F _G = 5 Н), сопротивление воздуха (F _R = 1 Н) и боковая сила, вызванная ветром (F _W = 2 Н).

1. Сначала найдите чистую силу горизонтальных сил. У них противоположное направление, поэтому они частично компенсируют друг друга:

   • F H = F G - F R = 5N - 1 N = 4N

2. Теперь найдите чистую силу двух оставшихся сил.

   Здесь вы можете вычислить его по теореме Пифагора (в прямоугольном треугольнике: a 2 + b 2 = c 2 ). Чтобы узнать больше о сложении векторов, перейдите к калькулятору сложения векторов.

   F H 2 + F W 2 = F N 2 4 2 + 2 2 = F N 2 16 + 4 = F N 2 F N 2 = 20 F N = √20 F N = 2√5

   Чистая сила, действующая на шар, равна 2√5 Н.

Теперь, когда вы знаете три закона движения Ньютона и определение силы, взгляните на один из калькуляторов, перечисленных в начале. Там мы подробно объясняем все типы сил. Мы также недавно провели забавный эксперимент, в котором мы проверили, что принесет победу в гонке — туалетную бумагу или бутылку ?. Проверьте это, чтобы узнать что-нибудь о моменте инерции массы и ускорении!

FAQ

Как найти ускорение с помощью силы и массы?

1. Разделите силу на массу .
2. Не забудьте использовать базовые единицы СИ. Это означает, что Ньютона для силы и килограмма для массы.
3. Наслаждайтесь ускорением в метра в секунду в квадрате .

Вес — это сила?

Вес — другое название силы тяжести . В физике масса и вес не одно и то же. Масса — это свойство объекта. Он сопротивляется любому изменению движения. Вес — это сила, действующая на массу под действием силы тяжести . На Земле, если ваша масса составляет 70 килограммов, ваш вес составляет около 700 Ньютонов (точнее, 686,5 Ньютонов).

Сила — это вектор?

Сила — вектор . Это означает, что он определяется как величиной , так и направлением . Скаляры, как и масса или длина, определяются только величиной. Итак, если вы примените к объекту две силы, вы не сможете добавить их как скаляры. Вам нужно учесть направление и найти чистую силу — векторную сумму сил.

Какова формула силы?

Формула силы определяется вторым законом движения Ньютона :

Сила, прилагаемая объектом, равна массе, умноженной на ускорение этого объекта: F = m ⨉ a.

Чтобы использовать эту формулу, необходимо использовать единицы СИ: Ньютона, для силы, килограмма, для массы и метра в секунду в квадрате для ускорения.

Что происходит, когда две силы действуют в одном направлении?

Когда две силы действуют в одном направлении, они складывают и создают чистую силу, равную их сумме.

Как связаны сила и движение?

Сила — это любое взаимодействие, которое, если ему не противостоять, может изменить движение объекта. Без внешней силы движущийся объект будет продолжать двигаться с постоянной скоростью и направлением, а неподвижный объект останется неподвижным. Если приложить внешнюю несбалансированную силу, объект изменит движение, изменив свою скорость и / или направление.

Взаимосвязь между силой и движением определяется законами движения Ньютона .

Какие виды сил?

Виды сил в физике:

• Контактные силы : Нормальная сила, приложенная сила, сила трения, сила натяжения, сила сопротивления воздуха
• Бесконтактные силы : гравитационная сила, электрическая сила, магнитная сила

Ускорение — это сила?

Ускорение не сила . Ускорение — это изменение скорости во времени. Как и сила, ускорение — это вектор, поэтому он имеет как величину, так и направление.Согласно второму закону движения Ньютона, ускорение пропорционально силе: F = m ⨉ a. Направление ускорения объекта определяется направлением чистой силы, действующей на этот объект.

Может ли чистая сила быть отрицательной?

Чистая сила может быть как положительной, так и отрицательной . Чистая сила — это сумма векторов всех индивидуальных сил, действующих на объект. Силы всегда положительны по величине. Но чтобы упростить расчет чистой силы, мы предполагаем, что силы, направленные в противоположных направлениях, имеют разные знаки.Обычно мы говорим, что силы, направленные вправо, положительны, а налево — отрицательны. Итак, если у вас есть две противоположные по направлению силы, действующие на объект, а результирующая сила направлена ​​влево, вы можете сказать, что результирующая сила отрицательна.

В чем разница между уравновешенными и несбалансированными силами?

Уравновешенные силы имеют одинаковую величину и противоположное направление . Они уравновешивают друг друга, поэтому компенсируют друг друга . Классическим примером уравновешенных сил могут быть гравитационная сила и нормальная сила, действующие на объект, расположенный на горизонтальной поверхности.Уравновешенные силы не изменяют направление или скорость объекта.

Неуравновешенные силы не имеют одинаковой величины . Если на объект действует неуравновешенная сила, она влияет на движение объекта . Например, если что-то падает, это происходит из-за силы тяжести. Сила сопротивления воздуха противодействует гравитации, но не уравновешивает ее, если объект достаточно тяжелый.

Уравновешенные силы вызывают изменение движения?

Уравновешенные силы не вызывают изменения движения .Две силы уравновешены, когда они имеют одинаковую величину и противоположное направление, поэтому они нейтрализуют друг друга. Вместе они не влияют на скорость или направление движения объекта.

Что такое контактная сила?

Контактная сила — это любая сила, которая требует контакта. И трение, и нормальная сила являются контактными силами, потому что они возникают, когда объект контактирует с поверхностью. С другой стороны, неконтактная сила, как и сила тяжести, действует без контакта с объектом.

Определение индивидуальных значений силы

Как было сказано ранее в Уроке 3 (а также в Уроке 2), результирующая сила — это векторная сумма всех индивидуальных сил. В Уроке 2 мы узнали, как определить чистую силу, если известны величины всех отдельных сил. В этом уроке мы узнаем, как определять величины всех отдельных сил, если известны масса и ускорение объекта. Три основных уравнения, которые будут полезны: уравнение для чистой силы (F _net = m • a), уравнение для гравитационной силы (F _grav = m • g) и уравнение для силы трения (F _frict = μ • F _норма ).

Процесс определения значения отдельных сил, действующих на объект, включает применение второго закона Ньютона (F _net = m • a) и применение значения чистой силы. Если масса (м) и ускорение (а) известны, то чистая сила (F _net ) может быть определена с использованием уравнения.

F _net = m • a

Если числовое значение чистой силы и направление чистой силы известны, то можно определить значение всех индивидуальных сил.Таким образом, задача включает использование приведенных выше уравнений, данной информации и вашего понимания чистой силы для определения значения отдельных сил.

Ваша очередь практиковаться

Чтобы понять, как применяется этот метод, попробуйте выполнить следующие практические задачи. Проблемы прогрессируют от простых к более сложным. Решив проблему, нажмите кнопку, чтобы проверить свои ответы.

Практика № 1

Диаграммы свободного тела для четырех ситуаций показаны ниже.Чистая сила известна для каждой ситуации. Однако величина некоторых отдельных сил неизвестна. Проанализируйте каждую ситуацию индивидуально и определите величину неизвестных сил.

Практика № 2

К объекту весом 6 кг прикладывают направленную вправо силу, чтобы перемещать его по шероховатой поверхности с постоянной скоростью.На объект действует сила трения 15 Н. Используйте диаграмму, чтобы определить гравитационную силу, нормальную силу, чистую силу и приложенную силу. (Пренебрегая сопротивлением воздуха.)

Практика № 3

К объекту массой 10 кг прикладывают направленную вправо силу, чтобы перемещать его по шероховатой поверхности с постоянной скоростью.Коэффициент трения между предметом и поверхностью 0,2. Используйте диаграмму, чтобы определить гравитационную силу, нормальную силу, приложенную силу, силу трения и чистую силу. (Пренебрегая сопротивлением воздуха.)

Практика № 4

К объекту весом 5 кг прикладывают направленную вправо силу, чтобы перемещать его по шероховатой поверхности с ускорением вправо 2 м / с / с.Коэффициент трения между объектом и поверхностью 0,1. Используйте диаграмму, чтобы определить гравитационную силу, нормальную силу, приложенную силу, силу трения и чистую силу. (Пренебрегая сопротивлением воздуха.)

Практика № 5

К объекту массой 4 кг прикладывают направленную вправо силу 25 Н, чтобы переместить его по шероховатой поверхности с ускорением вправо 2.5 м / с / с. Используйте диаграмму, чтобы определить гравитационную силу, нормальную силу, силу трения, чистую силу и коэффициент трения между объектом и поверхностью. (Пренебрегая сопротивлением воздуха.)

Еще пара практических задач представлена ​​ниже. Вы должны постараться решить как можно больше проблем без помощи заметок, решений, учителей и других учеников.Примите решение индивидуально решать проблемы. А пока стоит упомянуть важное предостережение:

Не допускайте, чтобы код заставлял проблему в форме ранее решенной проблемы. Проблемы в физике редко выглядят одинаково. Вместо того чтобы решать проблемы наизусть или путем имитации ранее решенной проблемы, используйте свое концептуальное понимание законов Ньютона для поиска решений проблем. Используйте свое понимание веса и массы, чтобы найти m или Fgrav в проблеме.Используйте свое концептуальное понимание чистой силы (векторная сумма всех сил ), чтобы найти значение Fnet или значение отдельной силы. Не отделяйте решение физических задач от вашего понимания концепций физики. Если вы не можете решать физические задачи, подобные приведенным выше, это не обязательно означает, что у вас есть математические трудности. Вполне вероятно, что у вас проблемы с физическими концепциями.

Хотим предложить… Иногда просто прочитать об этом недостаточно. Вы должны с ним взаимодействовать! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивных материалов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего Force Interactive. Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Force Interactive позволяет учащемуся исследовать влияние изменений прилагаемой силы, чистой силы, массы и трения на ускорение объекта.

Проверьте свое понимание

1. Ли Милон катается на санях со своими друзьями, когда его раздражает один из комментариев друга. Он прилагает к своим 4,68 кг сани с силой 9,13 Н, направленной вправо, чтобы разогнать их по снегу. Если ускорение саней составляет 0,815 м / с / с, то каков коэффициент трения саней по снегу?

2.В лаборатории физики Эрнесто и Аманда прикладывают направленную вправо силу 34,5 Н к тележке массой 4,52 кг, чтобы разогнать ее по горизонтальной поверхности со скоростью 1,28 м / с / с. Определите силу трения, действующую на тележку.

Формула натяжения — тросовые блоки в горизонтальном положении с кинетическим трением

Когда мы тянем блок с помощью веревки, в веревке возникает натяжение в противоположном направлении.Для простоты расчетов мы обычно предполагаем, что веревка не имеет массы, а поверхность не имеет трения. В предыдущем сообщении в блоге мы рассчитали формулу натяжения для аналогичного случая, но без силы трения. Но в идеальном случае всегда будет небольшая сила кинетического трения , которая препятствует движению блоков. Если сила, приложенная к блоку, меньше, чем предельное трение , то на блоки воздействует трение покоя , и блоки будут неподвижны.

Формула натяжения в случае цельного блока Формула натяжения для блока, тянущего горизонтально с кинетическим трением

Блок массы m1 тянется с ускорением a. В канате возникает напряжение T. Между поверхностью и блоком будет кинетическое трение, поскольку он находится в движении.

Кинетическое трение будет равно μ _k * m1 * g

Таким образом, уравнение для натяжения будет,

Fnet = натяжение — трение

m1 * a = T — μ _k * m1 * g

T = m1 * a + μ _к * m1 * g

T = m1 (a + μ _k г)

Эта формула для натяжения согласуется с общими наблюдениями, поскольку натяжение должно быть равно приложенной силе, которая здесь равна приложенной силе плюс сила трения.

Формула натяжения для сдвоенных блоков, соединенных тросом Формула натяжения для двойных блоков, соединенных веревкой

В задаче ниже мы имеем силу, тянущую два блока, прикрепленных куском веревки. Теперь нам нужно найти формулу натяжения веревки. Также указано, что коэффициент трения между поверхностью и блоком составляет μ _k .

Прежде чем продолжить, вы можете прочитать следующие сообщения в блоге, чтобы получить более глубокое представление о натяжении и трении:

Формула задачи о натяжении: трос тянет блоки по горизонтали с трением

Сначала рассчитаем величину трения, действующего на систему:

Трение (f _k ) = μ _k N = μ _k * (m _всего г)
f _k = μ _k (m ₁ + m ₂ ) г

Теперь это трение, это трение всей системы (учитывая оба блока вместе) для силы F с массой M1 + M2.

Теперь посчитаем ускорение системы:

Fnet = F — трение

ускорение (a) = F / Общая масса

a = [F-μ _k (m ₁ + m ₂ ) g] / (m ₁ + m ₂ )

Теперь, когда мы вычислили формулу ускорения системы, мы можем взглянуть на диаграмму свободного тела обоих блоков.

Уравнение натяжения для блока 1 Схема свободного тела блока 1

На блок 1 действуют силы натяжения и трения.Сумма этих сил должна равняться чистой силе.

Fnet = T — трение

T = Fnet + трение

T = μ _k * m ₁ * g + m ₁ * a ——– (1)

Уравнение натяжения для блока 2 Схема свободного тела для блока 2

Силами, действующими на блок 2, являются приложенная сила F, сила трения и сила натяжения. Сумма этих сил должна равняться чистой силе.

Fnet = F — T — трение

T = F- трение — Fnet

T = F — μ _k * m ₂ * g — m ₂ * a ———- (2)

Формула для натяжения

В случае одиночного блока:

T = m1 (a + μ _k г)

Для двухблочного корпуса:

Использование диаграммы свободного тела блока 1:

T = μ _k * m ₁ * g + m ₁ * a

Использование диаграммы свободного тела блока 2:

T = F — μ _k * m ₂ * g — m ₂ * a

Используя два приведенных выше уравнения, мы можем найти значения натяжения в аналогичном случае.

Для случаев, когда есть три или блоков, выполните те же шаги:

• Сначала вычислите ускорение системы.
• Рассчитайте трение в системе.
• Используйте диаграмму свободного тела каждого блока до растворителя для натяжения в каждой веревке.

Численная задача расчета силы натяжения в тросе тянущего блока с трением

1) Блок массой 1 кг тянется горизонтально с усилием 40 Н.Коэффициент трения равен 0,25. Найдите натяжение веревки.

Числовой по напряжению

Сначала найдем ускорение системы:

F = м * а

40 = 1 *

Ускорение (а) = 40 м / с2

Воспользуемся формулой для полученного натяжения.

T = m1 (a + μ _k г)

Т = 1 (40 + 0,25 * 9,8)

Т = 42,45 Н

2) Два блока массой 3 кг и 2 кг протягиваются горизонтально по поверхности с коэффициентом кинетического трения, равным 1.Найдите натяжение провода, соединяющего блок 1 и блок 2.

Численная задача расчета силы натяжения.

Здесь в этой задаче коэффициент трения равен 1. Это очень высокое трение, поэтому вы видите очень низкое ускорение. Мы применим формулу для натяжения, как указано выше, и вычислим значение натяжения веревки. Мы проверим, используя оба блока.

Сначала вычисляется трение системы, равное 49 Н. Поскольку это значение меньше силы 50 Н, система будет двигаться.Если величина трения больше приложенной силы, система не будет двигаться. Это будет случай статического трения.

Теперь чистое ускорение системы рассчитывается с учетом силы трения, действующей на систему. Ускорение составляет 0,2 м / с2.

Примените формулу натяжения для блока 1:

Fnet = T — трение

0,4 = Т — 19,6

Т = 20 Н

Примените формулу натяжения для блока 2:

Fnet = 50 — T — трение

0.6 = 50 — Т — 29,4

Т = 20 Н

Из обеих формул находим, что величина силы натяжения одинакова. Следовательно, наша формула натяжения проверена на правильность.

Некоторые примеры из жизни: Колесницы являются примером натяжения веревки, тянущего объекты по горизонтали. Изображение Steve Bidmead с сайта Pixabay

Колесницы — хороший пример веревки, тянущей объекты по горизонтали. Хотя здесь нет никаких блоков. В колесницах используются колеса, чтобы уменьшить трение.Трение скольжения преобразуется в трение качения, чтобы уменьшить необходимое тяговое усилие.

Ездовые собаки тянут сани, используя натяжение тросов. Изображение Mandy Fontana с сайта Pixabay

Ездовые собаки — еще один пример веревок, с помощью которых можно тянуть предметы. Это обычный вид транспорта в ледяных регионах. Натяжение веревки позволяет собакам тянуть тяжести. При этом трение может быть немного меньше по сравнению с нормальным сухим грунтом.

См. Также:

Расчет силы

Сила толкающая или тянущая.

Силы на объект обычно сбалансированы (в несбалансированном состоянии объект ускоряется):

Сбалансированный		несимметричный
Без ускорения		Разгон

Пример: силы на вершине этой башни моста равны

в балансе (это не ускорение):

Кабели тянут вниз одинаково влево и вправо, и это уравновешивается толчком башни вверх .(Башня толкает? Да! Представьте, что вы стоите там вместо башни.)

Силы можно смоделировать так:

И когда мы помещаем их лицом к хвосту , мы видим, что они закрываются на себя , что означает, что чистый эффект равен нулю:

Силы уравновешены.

Силы в равновесии считаются в равновесии : также нет изменений в движении.

Схемы свободного тела

Первый шаг — построить диаграмму свободного тела (также называемую диаграммой силы).

Free Body Diagram : Набросок, на котором тело отделено от мира, за исключением сил, действующих на него.

В примере с мостом диаграмма свободного тела для вершины башни:

Схема свободного тела

Это помогает нам ясно представить себе силы , действующие на тело .

Пример: Автомобиль на шоссе

Какие силы действуют на машину, едущую по шоссе?

Двигатель работает тяжело, так почему же машина не продолжает ускоряться?

Поскольку движущая сила уравновешивается:

• Сопротивление воздуха (проще говоря: воздух сопротивляется толканию),
• Сопротивление качению, также называемое трением качения (шины сопротивляются изменению формы)

Как это:

Схема свободного тела

W — масса автомобиля,

R ₁ и R ₂ — сопротивление качению шин,

N ₁ и N ₂ — это силы реакции (уравновешивающие вес автомобиля).

Примечание: стальные колеса (как в поездах) имеют меньшее сопротивление качению, но слишком скользкие на дороге!

Расчеты

Сила — это вектор. Вектор имеет величину звездной величины (размер) и направление :

.

Мы можем моделировать силы, рисуя стрелки правильного размера и направления. Как это:

Пример: восхищение видом

Брэди стоит на краю балкона, опираясь на горизонтальную балку и распорку:

Он весит 80кг.

Какие силы?

Давайте возьмем то место, на котором он стоит, и подумаем о силах, которые там находятся:

Его вес

Его масса 80 кг создает силу тяжести, направленную вниз.

Сила — это масса, умноженная на ускорение: F = m a

Ускорение свободного падения на Земле составляет 9,81 м / с ² , поэтому a = 9,81 м / с ²

F = 80 кг × 9.81 м / с ²

F = 785 N

Другие силы

Силы уравновешены, поэтому они должны замкнуться в себе следующим образом:

Для ее решения можно использовать тригонометрию.
Так как это прямоугольный треугольник , SOHCAHTOA поможет.

Для балки Beam мы знаем Смежное, мы хотим знать Противоположное, и «TOA» говорит нам использовать Tangent:

загар (60 °) = Луч / 785 Н

Ширина / 785 N = желто-коричневый (60 °)

Луч = загар (60 °) × 785 Н

Балка = 1.732 … × 785 Н = 1360 Н

Для стойки Strut мы знаем смежный объект, мы хотим знать гипотенузу, и «CAH» говорит нам использовать косинус:

cos (60 °) = 785 Н / стойка

Распорка × cos (60 °) = 785 Н

Стойка = 785 Н / cos (60 °)

Стойка = 785 Н / 0,5 = 1570 Н

Решено:

Интересно, какая сила действует на балку и стойку по сравнению с поддерживаемым весом!

Крутящий момент (или момент)

Что делать, если балка просто воткнута в стену (консоль)?

Нет опорной стойки, что происходит с силами?

Схема свободного тела выглядит так:

Сила, направленная вверх R , уравновешивает направленную вниз Weight .

Только с этими двумя силами луч будет вращаться, как пропеллер! Но есть также «эффект поворота» M , называемый Moment (или Torque ), который уравновешивает его:

Момент : Сила, умноженная на расстояние под прямым углом.

Мы знаем, что вес составляет 785 Н, и нам также необходимо знать расстояние под прямым углом , которое в данном случае составляет 3,2 м.

M = 785 Н x 3,2 м = 2512 Нм

И именно этот момент останавливает вращение луча.

Вы можете почувствовать момент, держась за удочку.

Не только удерживая его вес, но и не позволяйте ему вращаться вниз.

Трение

Коробка на рампе

Ящик весит 100 кг.

Силы трения достаточно, чтобы удерживать его на месте.

Сила реакции R направлена ​​под прямым углом к ​​аппарели.

Коробка не разгоняется, значит, силы уравновешены:

Масса 100 кг создает силу тяжести, направленную вниз:

W = 100 кг × 9.81 м / с ² = 981 Н

Мы можем использовать SOHCAHTOA, чтобы решить треугольник.

Трение f :

sin (20 °) = f /981 N

f = sin (20 °) × 981 N = 336 N

Реакция N :

cos (20 °) = R / 981 N

R = cos (20 °) × 981 N = 922 Н

И получаем:

Советы по рисованию диаграмм свободного тела

• Нарисуйте как можно проще.Коробки часто бывает достаточно.
• Силы указывают в направлении и действуют на тело
• прямые стрелки на сил
• изогнутые стрелки для моментов

Сэм и Алекс вытаскивают ящик

Иногда вычисления могут быть проще, если мы превратим величину и направление в x и y :

	<=>
Вектор a в полярных координатах Координаты		Вектор a в декартовой системе координат Координаты

Вы можете прочитать, как преобразовать их в полярные и декартовы координаты, но вот краткое описание:

От полярных координат (r, θ ) до декартовых координат (x, y)		Из декартовых координат (x, y) в полярные координаты (r, θ)
x = r × cos ( θ ) y = r × sin ( θ )		r = √ (x 2 + y 2 ) θ = загар -1 (y / x)

Давайте воспользуемся ими!

Пример: извлечение ящика

Сэм и Алекс тянут ящик (вид сверху) :

• Сэм тянет с силой 200 Ньютонов при 60 °
• Алекс тянет с силой 120 Ньютонов под углом 45 °, как показано на рисунке

Что такое комбинированная сила и ее направление?

Давайте сложим два вектора голова к хвосту:

Первое преобразование из полярного числа в декартово (до 2 десятичных знаков):

Вектор Сэма:

• x = r × cos ( θ ) = 200 × cos (60 °) = 200 × 0.5 = 100
• y = r × sin ( θ ) = 200 × sin (60 °) = 200 × 0,8660 = 173,21

Вектор Алекса:

• x = r × cos ( θ ) = 120 × cos (-45 °) = 120 × 0,7071 = 84,85
• y = r × sin ( θ ) = 120 × sin (-45 °) = 120 × -0,7071 = -84,85

Теперь у нас:

Добавьте их:

(100, 173,21) + (84,85, -84,85) = (184.85, 88,36)

Этот ответ действителен, но давайте вернемся к полярному, поскольку вопрос был в полярном:

• r = √ (x ² + y ² ) = √ (184,85 ² + 88,36 ² ) = 204,88
• θ = загар ^-1 (y / x) = загар ^-1 (88,36 / 184,85) = 25,5 °

И у нас есть этот (округленный) результат:

А для Сэма и Алекса это выглядит так:

Они могли бы получить лучший результат, если бы стояли плечом к плечу!

Расчет гравитационных сил | IOPSpark

Закон всемирного тяготения Ньютона

Земля и космос

Расчет гравитационных сил

Повествование о физике для 11-14

Узнайте, как рассчитать гравитационные силы

Предположим, вы хотите рассчитать величину гравитационной силы, действующей между вами и вашим коллегой, когда вы приближаетесь друг к другу (на расстоянии одного метра) в коридоре.Мы можем сделать это довольно просто, используя уравнение Ньютона: сила _{сила тяжести} = G × M × м расстояние ² .

Предположим: ваша масса м 60 килограмм; масса вашего коллеги, M , составляет 70 кг; расстояние между центрами, r , составляет 1 м; и G составляет 6,67 × 10 ^-11 ньютон квадратный метр килограмм ^-2 .

Подставляя эти значения в уравнение, получаем 6.67 × 10 ^-11 ньютон квадратный метр килограмм ^-2 × 60 килограмм × 70 килограмм1 метр ² . Вы можете выработать эту силу, и вы получите 2,8 × 10 ^-7 ньютон.

Другими словами, вы прикладываете к своему коллеге гравитационную притягивающую силу в 0,28 миллионных долей ньютона! Сила существует, но она слишком мала, чтобы ее можно было заметить на практике.

Из чисел ясно, что из-за того, что величина G настолько мала, величина гравитационной силы будет очень мала, если только тот или иной объект не имеет очень большую массу.

Вы можете использовать уравнение Ньютона, чтобы проверить эмпирическое наблюдение, что масса в 1 килограмм испытывает гравитационное притяжение около 10 Н на поверхности Земли. Это вычисляет гравитационное притяжение на поверхности Земли.

сила _{сила тяжести} = G × M × м отрыв ²

Где: масса, м, , 1 килограмм; масса Земли, M , составляет 6,0 × 10 ²⁴ килограмм; радиус Земли (разделение масс), r , равен 6.4 × 10 ⁶ м; и G составляет 6,67 × 10 ^-11 ньютон на квадратный метр ^{килограмм-2} }.

Вставляем эти значения в уравнение и вычисляем его, чтобы получить силу в 9,8 ньютона.

Как и ожидалось, сила притяжения Земли на массу в 1 килограмм на ее поверхности составляет около 10 Н.

Что такое формула силы? — Определение и объяснение — Видео и стенограмма урока

Формула силы

Формула силы утверждает, что сила равна массе, умноженной на ускорение.Итак, если вы знаете массу и ускорение, просто умножьте их вместе, и теперь вы знаете силу! Единицами измерения ускорения являются метры на секунду в квадрате (м / с2), а единицей измерения массы — килограммы (кг).

Давайте посмотрим на пример:

Мэри пытается поднять ящик с пола на полку. Коробка весом 2 кг она разгоняет со скоростью 2 м / с2. Какую силу Мэри прилагает к коробке?

Чтобы решить эту проблему, просто умножьте массу (2 кг) на ускорение (2 м / с2), чтобы получить окончательный ответ: на коробку была приложена сила 4 Н.Помните, что в физике всегда включайте все единицы как в вашу задачу, когда вы показываете свою математику, так и когда вы пишете свой окончательный ответ.

Решение для других переменных

Вы также можете вычислить любую другую переменную в уравнении, если у вас есть две из трех. Например, если у вас есть масса и сила, вы можете рассчитать ускорение.

Если вы немного не уверены в алгебраических уравнениях, вот вам ярлык!

Используя круг, проведите горизонтальную линию через середину.Затем разделите нижнюю половину круга на две части. Вверху напишите F для силы, а внизу поставьте м для массы в одной секции и a для ускорения в другой. Горизонтальная линия будет использоваться для деления, а вертикальные линии — для умножения. Затем закройте пальцем любую переменную, которую вы хотите найти. Например, предположим, что мы хотим найти ускорение. Накройте круг и . Теперь у вас осталось F , разделенное на м. Это математика, которую вы используете для вычисления силы! Довольно просто, да?

Давайте посмотрим на пример:

Джордан пытается подтолкнуть через комнату большой стул для своей тети. Она хочет, чтобы это было на солнце, чтобы она могла читать днем. Джордан использует 300 Н силы на стуле 300 кг. Насколько быстро Джордан должен разогнаться, чтобы передвинуть стул?

Давайте снова воспользуемся кругом. Закройте переменную, которую вы хотите найти, a. Теперь у нас осталось F , разделенное на м. Теперь мы можем подставить наши числа. Сила (300 Н), разделенная на массу (300 кг), равна 1 м / с2 — ускорению, которое Джордан должен использовать для перемещения кресла.

Net Force

Обычно на объекты одновременно действует множество сил, а не одна, как мы видели до сих пор. Чтобы вычислить другие переменные, нам нужно сложить силы, чтобы увидеть, что такое результирующая сила или сумма сил, действующих на объект. Сила считается вектором , что означает, что она имеет величину и направление.Обычно мы обозначаем силы, которые направлены вниз, как отрицательные, а силы, направленные вверх, как положительные. Точно так же силы, идущие влево, отрицательны, а силы, идущие вправо, положительны.

Ученые придумали отличный способ систематизировать совокупные силы, действующие на объект, называемый диаграммой свободного тела. Диаграммы свободного тела — это изображения, на которых показаны все силы, действующие на объект. Вы начинаете с точки, представляющей объект. Затем вы рисуете силы, действующие на объект, выходящий из точки, со стрелками на конце.Так, например, если я толкну коробку вправо с 10 Н, я нарисовал бы линию на диаграмме свободного тела справа, обозначенную 10 Н. После того, как вы записали все свои силы, пора их сложить! Мы добавляем силы только в одном направлении за раз.

Если у вас есть более одной силы в задаче, вам нужно сначала нарисовать диаграмму свободного тела, вычислить чистую силу, а затем использовать круг или алгебру для решения.

Давайте посмотрим на пример:

Керри хочет повесить новую причудливую лампу весом 150 кг, которую она нашла в комиссионном магазине.Она знает, что Fg лампы или ее вес составляет 200 Н. Кабель, который она должна его подвесить, имеет только натяжение (FT) 150 Н. Каково ускорение лампы?

Сначала мы рисуем диаграмму свободного тела, где F g идет вниз, поскольку это связано с силой тяжести, и F T идет вверх, поскольку веревка тянет лампу к потолку.

Затем, поскольку F g понижается, эта сила будет отрицательной, а поскольку F T возрастает, это число будет положительным.Когда мы добавляем -200 Н плюс положительные 150 Н, мы получаем -50 Н. Это означает, что общая сила, действующая на нашу лампу, уменьшается, что означает, что лампа тоже гаснет. Не похоже, что этот кабель подойдет Керри! Но давайте продолжим решать эту проблему, потому что нам нужно было найти ускорение.

Теперь, когда у нас есть чистая сила, мы можем использовать круг или алгебру. Когда мы подставляем числа, мы получаем -50 Н (сила), разделенную на 150 кг (масса), что дает нам ускорение -0,33 м / с2.

Резюме урока

Формула для силы говорит, что сила равна массе ( м ), умноженной на ускорение ( a ).Если у вас есть какие-либо две из трех переменных, вы можете решить третью. Сила измеряется в Ньютонах (Н), масса — в килограммах (кг), а ускорение — в метрах в секунду в квадрате (м / с2). Если у вас более одной силы в задаче, сначала нарисуйте диаграмму свободного тела, затем добавьте свои силы, чтобы получить чистую силу, и, наконец, решите свою проблему.

Что следует помнить

• Сила равна массе, умноженной на ускорение.
• Сила измеряется в Ньютонах.
• Вы можете использовать уравнение силы, чтобы также найти массу или ускорение объекта.
• Чтобы рассчитать чистую силу, действующую на объект, можно нарисовать диаграмму свободного тела.

Результаты обучения

Просмотрите и затем просмотрите этот видео-урок о формуле силы, чтобы с легкостью выполнить следующие задачи:

• Напишите определение силы и поймите, как она измеряется
• Распознать формулу для расчета силы
• Создать диаграмму свободного тела
• Найдите другие переменные и рассчитайте чистую силу

Сани, диаграммы сил и N2

1 квартал: Нарисуйте эту ситуацию.Включите вес салазок, нормальную силу и силу на санки из-за тяги девушки.

2 квартал: Рассчитать нормальная сила льда на салазках. Обратите внимание, это не равно к весу саней и мальчика. Объясни это по-своему слова.

Нормальная сила льда на санках не равен весу санок и мальчика, потому что девочка тянет салазки с восходящей силой, равной 100Н Sin30 °.Чтобы вычислить нормальную силу льда, действующего на салазки, необходимо вычесть эта вертикальная составляющая силы, которую девушка оказывает на санки и мальчик под тяжестью саней и мальчика. Этот расчет можно сделать так:

Нормальная сила = 400Н — 100Нсин 30 ° = 400N — 50N = 350N

3 квартал: Рассчитать чистая сила, действующая на салазки в горизонтальном направлении.Рассчитать соответствующее начальное ускорение салазок.

Чистая сила на салазках по горизонтали направление можно определить с помощью тригонометрии. Исходя из данного угол 30 ° и силу, приложенную девушкой, мы знаем, что чистая сила на салазках в горизонтальном направлении, SF _x = 100N Cos30 °.

Найти соответствующее ускорение салазок, мы должны использовать уравнение S F _x = ma _x

a _x = SF _x / м

м можно найти, разделив вес санок и мальчика силой тяжести следующим образом:

м = 400 Н / (9.8N / кг) = 40,8 кг

Теперь, используя эту информацию, мы можем решить для ускорения салазок в направлении x:

a _x = SF _x / м = 100 Н Cos30 ° / 40,8 кг = 2,1 Н / кг или 2,1 м / с ²

4 квартал: Если девушка может поддерживать это ускорение в течение 1.5 секунд, как быстро тогда сани будут двигаться?

Эта задача требует от нас использования кинематики. уравнение: v _f = v _o + at

Надо считать, что начальная скорость (v _o ) салазок составлял 0 м / с.

v _f = 0 м / с + (2,1 м / с ² x 1,5 с) = 0 м / с + 3.2 м / с = 3,2 м / с

.